人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE1第五章原子核第1節原子核的組成核心素養物理觀念科學思維1.了解天然放射現象和天然放射現象發現的意義。2.知道三種射線的本質和特征。3.知道原子核的組成和同位素的概念，會正確書寫原子核符號。4.了解發現天然放射現象的相關史實。通過對原子核結構模型的探究，體會物理學的研究方法。知識點一天然放射現象〖觀圖助學〗如右圖為居里夫婦，他們在瀝青中發現3種放射性元素，天然放射現象讓人們認識到小小的原子核也具有復雜的結構，那么什么是天然放射現象呢？居里夫婦1.1896年，法國物理學家貝克勒爾發現，鈾和含鈾的礦物能夠發出看不見的射線，這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光。2.物質發出射線的性質稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射性元素，放射性元素自發地發出射線的現象叫作天然放射現象。3.原子序數大于或等于83的元素，都能自發地發出射線，原子序數小于83的元素，有的也能放出射線。4.瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里發現了兩種放射性更強的新元素，命名為釙(Po)和鐳(Ra)。〖思考判斷〗(1)1896年，法國的瑪麗·居里首先發現了天然放射線。(×)(2)原子序數大于83的元素都是放射性元素。(√)(3)原子序數小于83的元素都不能放出射線。(×)知識點二射線的本質1.α射線：實際上就是氦原子核，速度可達到光速的eq\f(1,10)，其電離能力強，穿透能力較弱，在空氣中只能前進幾厘米，用一張紙就能把它擋住。2.β射線：是電子流，速度可以接近光速，它的穿透能力較強，電離能力較弱，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。3.γ射線：是一種電磁波，波長很短，在10－10m以下，它的電離作用更弱，穿透能力更強，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板或幾十厘米厚的混凝土。4.射線來自原子核，說明原子核內部是有結構的。〖思考判斷〗(1)α射線實際上就是氦原子核，α射線具有較強的穿透能力。(×)(2)β射線是高速電子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。(√)(3)γ射線是能量很高的電磁波，電離作用很強。(×)知識點三原子核的組成1.質子的發現：1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發現了質子，質子是原子核的組成部分。2.中子的發現：盧瑟福猜想原子核內存在著一種質量與質子相同，但不帶電的粒子，稱為中子。查德威克通過實驗驗證了這個猜想。3.原子核的組成：原子核由質子和中子組成，質子和中子統稱為核子。4.原子核的符號5.同位素：具有相同的質子數而中子數不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素。例如，氫有三種同位素氕，氘、氚，符號是eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H。〖思考判斷〗(1)質子和中子都不帶電，是原子核的組成成分，統稱為核子。(×)(2)原子核的電荷數就是核內的質子數，也就是這種元素的原子序數。(√)(3)同位素具有不同的化學性質。(×)天然放射現象的發現1896年→法國→貝克勒爾→eq\a\vs4\al(鈾發出,看不見,的射線)?居里夫婦→eq\a\vs4\al(瀝青中的,含鈾物)→eq\a\vs4\al(實際測,得射線,強)?兩種放射性元素：釙(Po)和鐳(Ra)元素的放射性是由原子核決定的，與核外電子(決定化學性質)無關，因此元素的放射性與它存在的形式(單質或化合物)無關，而且它不受溫度、壓強、物理變化和化學變化的影響。在電場或磁場中探究射線無論在電場中還是在磁場中：(1)γ射線均不發生偏轉；(2)β射線距離γ射線較遠；(3)α射線距離γ射線較近。陰極射線和β射線都是電子流，但它們的來源不同，陰極射線來自于陰極原子的外層電子，β射線是原子核內中子衰變為質子和電子時，電子被放出形成的。關于電離射線使原子中的電子脫離核的束縛成為自由電子，這樣的過程叫作電離。射線的上述作用叫作電離作用。1.質子的發現2.中子的發現3.原子組成圖原子eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(質子,中子))核子,核外電子))原子核的質子數決定了原子的核外電子數目，也決定了電子在核外分布的情況，進而決定了這種元素的化學性質，故同位素具有相同的化學性質。但中子數不同，物理性質不同。核心要點天然放射現象和三種射線的本質〖觀察探究〗如圖是放射性物質放出的射線垂直經過磁場的情形，射線為什么會分成三束？〖答案〗三種射線的帶電情況各不相同，它們在磁場中所受洛倫茲力情況不同，故可分成三束。〖探究歸納〗1.α、β、γ三種射線的性質、特征比較種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e－e0質量4mp(mp＝1.67×10－27kg)eq\f(mp,1836)靜止質量為零速率0.1c0.99cc貫穿本領最弱，用一張紙就能擋住較強，能穿透幾毫米的鋁板最強，能穿透幾厘米的鉛板電離作用很強較弱很弱2.在電場、磁場中偏轉情況的比較(1)在勻強電場中，α射線偏轉較小，β射線偏轉較大，γ射線不偏轉，如圖甲所示。(2)在勻強磁場中，α射線偏轉半徑較大，β射線偏轉半徑較小，γ射線不偏轉，如圖乙所示。〖試題案例〗〖例1〗天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實驗結果如圖所示，由此可推知()A.②來自原子核外的電子B.①的電離作用最強，是一種電磁波C.③的電離作用較強，是一種電磁波D.③的電離作用最弱，是一種電磁波〖解析〗①射線能被一張紙擋住，說明它的穿透能力較差，①射線是α射線，α射線是高速運動的氦核流，它的穿透能力差，電離作用最強，選項B錯誤；②射線的穿透能力較強，說明它是β射線，β射線是高速電子流，β射線來自原子核，不是來自原子核外的電子，選項A錯誤；③射線的穿透能力最強，能夠穿透幾厘米厚的鉛板，③射線是γ射線，γ射線的電離作用最弱，穿透能力最強，它是能量很高的電磁波，故選項C錯誤，D正確。〖答案〗D方法凝煉三種射線的比較方法(1)知道三種射線帶電的性質，α射線帶正電、β射線帶負電、γ射線不帶電。α、β射線是實物粒子，而γ射線是光子流，屬于電磁波的一種。(2)在電場或磁場中，通過其受力及運動軌跡半徑的大小來判斷α和β射線，由于γ射線不帶電，故運動軌跡仍為直線。(3)α射線穿透能力較弱，β射線穿透能力較強，γ射線穿透能力最強。〖針對訓練1〗(多選)天然放射性物質的放射線包括三種成分，下列說法正確的是()A.一張厚的黑紙能擋住α射線，但不能擋住β射線和γ射線B.某原子核在放出γ射線后會變成另一種元素的原子核C.三種射線中對氣體電離作用最強的是α射線D.β粒子是電子，但不是原來繞核旋轉的核外電子〖解析〗由三種射線的本質和特點可知，α射線貫穿本領最弱，一張黑紙都能擋住，而擋不住β射線和γ射線，故A正確；γ射線是伴隨α、β衰變而產生的一種電磁波，不會使原核變成新核，故B錯誤；三種射線中α射線電離作用最強，故C正確；β粒子是電子，來源于原子核，故D正確。〖答案〗ACD核心要點原子核的組成〖問題探究〗一個鉛原子的質量數為207，原子序數為82，其核外電子有多少個？中子數又是多少？〖答案〗鉛的原子序數為82，即一個鉛原子中有82個質子，由于原子是電中性的，質子與電子電性相反、電荷量相同，故核外電子數與核內質子數相同，為82個，根據質量數等于質子數與中子數之和的關系知，鉛原子核的中子數為207－82＝125(個)。〖探究歸納〗1.原子核(符號eq\o\al(A,Z)X)原子核eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(大小：很小，半徑為10－15～10－14m,組成\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(質子：電荷量e＝＋1.6×10－19C,質量mp＝1.6726219×10－27kg,中子：電荷量為0,質量mn＝1.6749275×10－27kg)),同位素：質子數相同、中子數不同的原子核))2.基本關系核電荷數＝質子數(Z)＝元素的原子序數＝核外電子數，質量數(A)＝核子數＝質子數＋中子數。3.同位素(1)化學性質的決定因素：原子核內的質子數決定了核外電子的數目，也決定了電子在核外分布的情況，進而決定了這種元素的化學性質。(2)氫的同位素：氕(eq\o\al(1,1)H)，氘(eq\o\al(2,1)H)，氚(eq\o\al(3,1)H)。〖試題案例〗〖例2〗已知鐳的原子序數是88，原子核質量數是226。試問：(1)鐳核中質子數和中子數分別是多少？(2)鐳核的核電荷數和所帶電荷量是多少？(3)若鐳原子呈電中性，它核外有多少電子？〖解析〗(1)鐳核中的質子數等于其原子序數，故質子數為88，中子數N等于原子核的質量數A與質子數Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138。(2)鐳核的核電荷數和所帶電荷量分別是Z＝88，Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.41×10－17C。(3)核外電子數等于核電荷數，故核外電子數為88。〖答案〗(1)88138(2)881.41×10－17C(3)88方法凝煉原子核的“數”與“量”辨析(1)核電荷數與原子核的電荷量是不同的，組成原子核的質子的電荷量都是相同的，所以原子核的電荷量一定是質子電荷量的整數倍，我們把核內的質子數叫核電荷數，而這些質子所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量。(2)原子核的質量數與質量是不同的，也與元素的原子量不同。原子核內質子和中子的總數叫做核的質量數，原子核的質量等于質子和中子的質量的總和。〖針對訓練2〗以下說法正確的是()A.eq\o\al(234,90)Th為釷核，由此可知，釷核的質量數為90，釷核的質子數為234B.eq\o\al(9,4)Be為鈹核，由此可知，鈹核的質量數為9，鈹核的中子數為4C.同一元素的兩種同位素具有相同的質量數D.同一元素的兩種同位素具有不同的中子數〖解析〗釷核的質量數為234，質子數為90，所以A錯誤；鈹核的質量數為9，中子數為5，所以B錯誤；同位素是指質子數相同而中子數不同，即質量數不同，C錯誤，D正確。〖答案〗D1.(天然放射現象的認識)(多選)下列哪些現象能說明射線來自原子核()A.三種射線的能量都很高B.射線的強度不受溫度、外界壓強等物理條件的影響C.元素的放射性與所處的化學狀態(單質、化合物)無關D.α射線、β射線都是帶電的粒子流〖解析〗能說明射線來自原子核的證據是元素的放射性與其所處的化學狀態和物理狀態無關，B、C正確。〖答案〗BC2.(三種射線的特性)(多選)如圖中P為放在勻強電場中的天然放射源，其放出的射線在電場的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確的是()A.a為α射線、b為β射線B.a為β射線、b為γ射線C.b為γ射線、c為α射線D.b為α射線、c為γ射線〖解析〗由題圖可知電場線方向向右，α射線帶正電，所受電場力方向與電場線方向一致，故α射線向右偏轉，即c為α射線；β射線帶負電，所受電場力方向與電場線方向相反，故β射線向左偏轉，即a為β射線；γ射線不帶電，不發生偏轉，即b為γ射線。故選項B、C正確。〖答案〗BC3.(原子核的組成)若用x代表一個中性原子中核外的電子數，y代表此原子的原子核內的質子數，z代表此原子的原子核內的中子數，則對eq\o\al(234,90)Th的原子來說()A.x＝90y＝90z＝234B.x＝90y＝90z＝144C.x＝144y＝144z＝90D.x＝234y＝234z＝324〖解析〗質量數＝質子數＋中子數，中性原子中：質子數＝核外電子數，所以選項B正確。〖答案〗B4.(同位素)下列說法正確的是()A.eq\o\al(n,m)X與eq\o\al(n,m－1)Y互為同位素B.eq\o\al(n,m)X與eq\o\al(n－1,m)Y互為同位素C.eq\o\al(n,m)X與eq\o\al(n－2,m－2)Y中子數相差2D.eq\o\al(235,92)U核內有92個質子，235個中子〖解析〗A選項中，X核與Y核的質子數不同，不是同位素；B選項中，eq\o\al(n,m)X核與eq\o\al(n－1,m)Y核質子數都為m，而質量數不同，所以互為同位素；C選項中，eq\o\al(n,m)X核內中子數為n－m，eq\o\al(n－2,m－2)Y核內中子數為(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子數相同；D選項中，eq\o\al(235,92)U核內有143個中子。選項B正確。〖答案〗B5.(原子核的組成)最早提出原子核是由質子和中子組成的科學家是()A.貝克勒爾 B.居里夫人C.盧瑟福 D.查德威克〖解析〗由于盧瑟福通過α粒子轟擊氮原子核發現了質子，并從其他原子核中都打出了質子，盧瑟福認為質子是原子核的組成部分，并依據質子數與質量數不相等的情況預言了中子的存在，提出了原子核是由質子和中子組成的理論，故C正確。〖答案〗C第五章原子核第1節原子核的組成核心素養物理觀念科學思維1.了解天然放射現象和天然放射現象發現的意義。2.知道三種射線的本質和特征。3.知道原子核的組成和同位素的概念，會正確書寫原子核符號。4.了解發現天然放射現象的相關史實。通過對原子核結構模型的探究，體會物理學的研究方法。知識點一天然放射現象〖觀圖助學〗如右圖為居里夫婦，他們在瀝青中發現3種放射性元素，天然放射現象讓人們認識到小小的原子核也具有復雜的結構，那么什么是天然放射現象呢？居里夫婦1.1896年，法國物理學家貝克勒爾發現，鈾和含鈾的礦物能夠發出看不見的射線，這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光。2.物質發出射線的性質稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射性元素，放射性元素自發地發出射線的現象叫作天然放射現象。3.原子序數大于或等于83的元素，都能自發地發出射線，原子序數小于83的元素，有的也能放出射線。4.瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里發現了兩種放射性更強的新元素，命名為釙(Po)和鐳(Ra)。〖思考判斷〗(1)1896年，法國的瑪麗·居里首先發現了天然放射線。(×)(2)原子序數大于83的元素都是放射性元素。(√)(3)原子序數小于83的元素都不能放出射線。(×)知識點二射線的本質1.α射線：實際上就是氦原子核，速度可達到光速的eq\f(1,10)，其電離能力強，穿透能力較弱，在空氣中只能前進幾厘米，用一張紙就能把它擋住。2.β射線：是電子流，速度可以接近光速，它的穿透能力較強，電離能力較弱，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。3.γ射線：是一種電磁波，波長很短，在10－10m以下，它的電離作用更弱，穿透能力更強，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板或幾十厘米厚的混凝土。4.射線來自原子核，說明原子核內部是有結構的。〖思考判斷〗(1)α射線實際上就是氦原子核，α射線具有較強的穿透能力。(×)(2)β射線是高速電子流，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。(√)(3)γ射線是能量很高的電磁波，電離作用很強。(×)知識點三原子核的組成1.質子的發現：1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發現了質子，質子是原子核的組成部分。2.中子的發現：盧瑟福猜想原子核內存在著一種質量與質子相同，但不帶電的粒子，稱為中子。查德威克通過實驗驗證了這個猜想。3.原子核的組成：原子核由質子和中子組成，質子和中子統稱為核子。4.原子核的符號5.同位素：具有相同的質子數而中子數不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素。例如，氫有三種同位素氕，氘、氚，符號是eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H。〖思考判斷〗(1)質子和中子都不帶電，是原子核的組成成分，統稱為核子。(×)(2)原子核的電荷數就是核內的質子數，也就是這種元素的原子序數。(√)(3)同位素具有不同的化學性質。(×)天然放射現象的發現1896年→法國→貝克勒爾→eq\a\vs4\al(鈾發出,看不見,的射線)?居里夫婦→eq\a\vs4\al(瀝青中的,含鈾物)→eq\a\vs4\al(實際測,得射線,強)?兩種放射性元素：釙(Po)和鐳(Ra)元素的放射性是由原子核決定的，與核外電子(決定化學性質)無關，因此元素的放射性與它存在的形式(單質或化合物)無關，而且它不受溫度、壓強、物理變化和化學變化的影響。在電場或磁場中探究射線無論在電場中還是在磁場中：(1)γ射線均不發生偏轉；(2)β射線距離γ射線較遠；(3)α射線距離γ射線較近。陰極射線和β射線都是電子流，但它們的來源不同，陰極射線來自于陰極原子的外層電子，β射線是原子核內中子衰變為質子和電子時，電子被放出形成的。關于電離射線使原子中的電子脫離核的束縛成為自由電子，這樣的過程叫作電離。射線的上述作用叫作電離作用。1.質子的發現2.中子的發現3.原子組成圖原子eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原子核\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(質子,中子))核子,核外電子))原子核的質子數決定了原子的核外電子數目，也決定了電子在核外分布的情況，進而決定了這種元素的化學性質，故同位素具有相同的化學性質。但中子數不同，物理性質不同。核心要點天然放射現象和三種射線的本質〖觀察探究〗如圖是放射性物質放出的射線垂直經過磁場的情形，射線為什么會分成三束？〖答案〗三種射線的帶電情況各不相同，它們在磁場中所受洛倫茲力情況不同，故可分成三束。〖探究歸納〗1.α、β、γ三種射線的性質、特征比較種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e－e0質量4mp(mp＝1.67×10－27kg)eq\f(mp,1836)靜止質量為零速率0.1c0.99cc貫穿本領最弱，用一張紙就能擋住較強，能穿透幾毫米的鋁板最強，能穿透幾厘米的鉛板電離作用很強較弱很弱2.在電場、磁場中偏轉情況的比較(1)在勻強電場中，α射線偏轉較小，β射線偏轉較大，γ射線不偏轉，如圖甲所示。(2)在勻強磁場中，α射線偏轉半徑較大，β射線偏轉半徑較小，γ射線不偏轉，如圖乙所示。〖試題案例〗〖例1〗天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實驗結果如圖所示，由此可推知()A.②來自原子核外的電子B.①的電離作用最強，是一種電磁波C.③的電離作用較強，是一種電磁波D.③的電離作用最弱，是一種電磁波〖解析〗①射線能被一張紙擋住，說明它的穿透能力較差，①射線是α射線，α射線是高速運動的氦核流，它的穿透能力差，電離作用最強，選項B錯誤；②射線的穿透能力較強，說明它是β射線，β射線是高速電子流，β射線來自原子核，不是來自原子核外的電子，選項A錯誤；③射線的穿透能力最強，能夠穿透幾厘米厚的鉛板，③射線是γ射線，γ射線的電離作用最弱，穿透能力最強，它是能量很高的電磁波，故選項C錯誤，D正確。〖答案〗D方法凝煉三種射線的比較方法(1)知道三種射線帶電的性質，α射線帶正電、β射線帶負電、γ射線不帶電。α、β射線是實物粒子，而γ射線是光子流，屬于電磁波的一種。(2)在電場或磁場中，通過其受力及運動軌跡半徑的大小來判斷α和β射線，由于γ射線不帶電，故運動軌跡仍為直線。(3)α射線穿透能力較弱，β射線穿透能力較強，γ射線穿透能力最強。〖針對訓練1〗(多選)天然放射性物質的放射線包括三種成分，下列說法正確的是()A.一張厚的黑紙能擋住α射線，但不能擋住β射線和γ射線B.某原子核在放出γ射線后會變成另一種元素的原子核C.三種射線中對氣體電離作用最強的是α射線D.β粒子是電子，但不是原來繞核旋轉的核外電子〖解析〗由三種射線的本質和特點可知，α射線貫穿本領最弱，一張黑紙都能擋住，而擋不住β射線和γ射線，故A正確；γ射線是伴隨α、β衰變而產生的一種電磁波，不會使原核變成新核，故B錯誤；三種射線中α射線電離作用最強，故C正確；β粒子是電子，來源于原子核，故D正確。〖答案〗ACD核心要點原子核的組成〖問題探究〗一個鉛原子的質量數為207，原子序數為82，其核外電子有多少個？中子數又是多少？〖答案〗鉛的原子序數為82，即一個鉛原子中有82個質子，由于原子是電中性的，質子與電子電性相反、電荷量相同，故核外電子數與核內質子數相同，為82個，根據質量數等于質子數與中子數之和的關系知，鉛原子核的中子數為207－82＝125(個)。〖探究歸納〗1.原子核(符號eq\o\al(A,Z)X)原子核eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(大小：很小，半徑為10－15～10－14m,組成\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(質子：電荷量e＝＋1.6×10－19C,質量mp＝1.6726219×10－27kg,中子：電荷量為0,質量mn＝1.6749275×10－27kg)),同位素：質子數相同、中子數不同的原子核))2.基本關系核電荷數＝質子數(Z)＝元素的原子序數＝核外電子數，質量數(A)＝核子數＝質子數＋中子數。3.同位素(1)化學性質的決定因素：原子核內的質子數決定了核外電子的數目，也決定了電子在核外分布的情況，進而決定了這種元素的化學性質。(2)氫的同位素：氕(eq\o\al(1,1)H)，氘(eq\o\al(2,1)H)，氚(eq\o\al(3,1)H)。〖試題案例〗〖例2〗已知鐳的原子序數是88，原子核質量數是226。試問：(1)鐳核中質子數和中子數分別是多少？(2)鐳核的核電荷數和所帶電荷量是多少？(3)若鐳原子呈電中性，它核外有多少電子？〖解析〗(1)鐳核中的質子數等于其原子序數，故質子數為88，中子數N等于原子核的質量數A與質子數Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138。(2)鐳核的核電荷數和所帶電荷量分別是Z＝88，Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.41×10－17C。(3)核外電子數等于核電荷數，故核外電子數為88。〖答案〗(1)88138(2)881.41×10－17C(3)88方法凝煉原子核的“數”與“量”辨析(1)核電荷數與原子核的電荷量是不同的，組成原子核的質子的電荷量都是相同的，所以原子核的電荷量一定是質子電荷量的整數倍，我們把核內的質子數叫核電荷數，而這些質子所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量。(2)原子核的質量數與質量是不同的，也與元素的原子量不同。原子核內質子和中子的總數叫做核的質量數，原子核的質量等于質子和中子的質量的總和。〖針對訓練2〗以下說法正確的是()A.eq\o\al(234,90)Th為釷核，由此可知，釷核的質量數為90，釷核的質子數為234B.eq\o\al(9,4)Be為鈹核，由此可知，鈹核的質量數為9，鈹核的中子數為4C.同一元素的兩種同位素具有相同的質量數D.同一元素的兩種同位素具有不同的中子數〖解析〗釷核的質量數為234，質子數為90，所以A錯誤；鈹核的質量數為9，中子數為5，所以B錯誤；同位素是指質子數相同而中子數不同，即質量數不同，C錯誤，D正確。〖答案〗D1.(天然放射現象的認識)(多選)下列哪些現象能說明射線來自原子核()A.三種射線的能量都很高B.射線的強度不受溫度、外界壓強等物理條件的影響C.元素的放射性與所處的化學狀態(單質、化合物)無關D.α射線、β射線都是帶電的粒子流〖解析〗